Optical control of the plasma membrane functions by using dynamic exciton
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
|---|
| Project/Area Number |
20H05842
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
|
|---|
| Research Institution | Toyama Prefectural University |
|---|
Principal Investigator |
村上 達也 富山県立大学, 工学部, 教授 (90410737)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沼田 朋大 秋田大学, 医学系研究科, 教授 (20455223)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥77,350,000 (Direct Cost: ¥59,500,000、Indirect Cost: ¥17,850,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2021: ¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2020: ¥28,340,000 (Direct Cost: ¥21,800,000、Indirect Cost: ¥6,540,000)
|
|---|
| Keywords | 視力回復 / 膜電位 / ナノ電場 / 光制御 / 点眼 / 光細胞工学 / イオンチャネル / 神経発火 / 薬物送達 / 難病治療 / 膜融合 / 脂質ナノ粒子 / ドラッグデリバリー |
|---|
| Outline of Research at the Start |
本研究の最終目標は、ドナー分子(D)とアクセプター分子(A)で構成されるD-A連結分子を用いて、神経難病の光治療や生体深部イメージングを実現することである。光照射下でD-A連結分子により発生する分子内電荷分離状態（Dが正電荷、Aが負電荷を帯びる）を強力なナノ電場と捉える。このナノ電場を神経伝達のために細胞膜電位というナノ電場を利用している神経細胞に作用させ、その伝達をD-A連結分子でコントロールすることを目指す。さらに高効率で赤外発光するよう巧妙に設計されたD-A連結分子を別途開発し、生体深部がんのイメージング剤としての可能性も探求する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
ドナー－アクセプター連結分子（Ｄ―Ａ分子）による視神経細胞活動の光操作に向けて，Ｄ－Ａ分子の異方的細胞膜内輸送に注力した．キーコンセプトは以下の通りである．（１）細胞膜内において，Ｄ－Ａ分子をそのＤ部分は細胞内側，Ａ部分は細胞外側となるよう配置する．（２）光照射によってＤ－Ａ分子内で電荷分離を誘導し，細胞外側にアニオン，細胞内側にラジカルカチオンを生じさせる．（３）この分子内電荷分離状態により細胞膜電位が打ち消され，神経発火が生じる．この実現のためには，細胞膜内環境で凝集せず，かつ上記配向を取るＤ－Ａ分子の合成，生細胞の細胞膜内へこのＤ－Ａ分子を輸送するキャリアの開発，が必須である．
本年度はＤ－Ａ分子のキャリア開発に注力した．既報で用いた第１世代のキャリアは細胞膜に接着するが，細胞膜内輸送に必要な脂質膜融合活性は不明であった．そこで膜融合活性を示すことが知られている脂質を用いて，第２世代のキャリアを作製した．具体的には，フォスファチジルエタノールアミン，ジオレオイルフォスファチジルコリン，コレステロールヘミスクシナートの3者の脂質を用い，その組成比を種々変更したキャリアを作製した．評価系としてモデル細胞のリポソームを用い，キャリアとリポソームとの間の膜融合活性を調べた．第１世代のキャリアでは膜融合活性は検出されなかったが，第2世代キャリアの中から有意な膜融合活性を示すものを見出した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究のキーコンセプトであるＤ－Ａ分子の細胞膜内異方的配置の実現には，膜融合性キャリアの開発が必要であり，そのキャリア開発の指針を得ることができた．
|
| Strategy for Future Research Activity |
十分量のＤ－Ａ分子を入手するまでは，カチオン化フラーレンをモデルＤ－Ａ分子として用い，生細胞のモデルとしてリポソームを用いる．具体的には以下の3点について調べる．
（1）リポソームにおけるカチオン化フラーレンの局在
（2）フラーレンとπ―π相互作用できるアンカー分子による上記局在の改善
（3）第2世代キャリアの生細胞に対する膜融合活性
|
Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
